妙用等效思想巧解物理問(wèn)題

林廈門

摘 ? 要：良好的物理思維是學(xué)好物理的關(guān)鍵，而等效思想是解決物理問(wèn)題的常用思想方法，它能夠?qū)?fù)雜、陌生的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單、熟知的物理問(wèn)題。文章對(duì)動(dòng)態(tài)電路分析中學(xué)生糾結(jié)的問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，用等效思想厘清學(xué)生思維障礙，解決物理問(wèn)題具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：思維障礙；成因剖析；等效思想；動(dòng)態(tài)分析

引言

“等效思想”是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)物理事物時(shí)，從等同效果出發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為等效、簡(jiǎn)單、易于研究事物的過(guò)程中凝結(jié)的思想[ 1 ]。等效思想在高中物理教學(xué)中應(yīng)用廣泛，如重心是重力的等效作用點(diǎn)，合力和分力、合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)可以互相等效替代，交變電流的有效值和平均值是基于等效思想凝練出的電學(xué)概念，小球在光滑圓弧上的小角度往返運(yùn)動(dòng)可以等效為單擺等?？偨Y(jié)起來(lái)，常見(jiàn)的等效有“作用等效”“過(guò)程等效”“模型等效”“本質(zhì)等效”等?！暗刃枷搿痹趯?shí)際應(yīng)用中，最大的難點(diǎn)是要對(duì)“等效”做出準(zhǔn)確評(píng)判，如交變電流的平均值是根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移的效果相同進(jìn)行評(píng)估，而交變電流的有效值則是從電路發(fā)熱相同的角度進(jìn)行判定。關(guān)于“等效思想”的教學(xué)普遍存在“重視等效結(jié)果的應(yīng)用，忽視等效過(guò)程的分析”的問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解“等效思想”的精髓，教學(xué)效果大打折扣，不利于科學(xué)思維的培育。下面以“等效思想”在動(dòng)態(tài)電路分析中的應(yīng)用為例，從“電阻的等效”“電源的等效”“電阻、電源的綜合等效”三個(gè)方面闡述等效的基本原理、使用的基本方法，希望能為“等效思想”的教學(xué)起到一定的示范作用。

1 ?等效思想在動(dòng)態(tài)電路分析中的使用

“等效思想”在動(dòng)態(tài)電路分析中的使用首先要聯(lián)系學(xué)生的已有知識(shí)——“閉合電路歐姆定律”，其次要厘清需要等效的對(duì)象——“電源”或“電阻”，最后對(duì)電路進(jìn)行“等效”簡(jiǎn)化分析。不少動(dòng)態(tài)電路分析問(wèn)題會(huì)使學(xué)生陷入邏輯死循環(huán)，導(dǎo)致思維進(jìn)入死胡同，對(duì)于這類問(wèn)題，如果能借助“等效思想”這個(gè)分析利器，可以輕松撥開迷霧，起到正本清源的作用。

下面以一道遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)分析（例題1）為例，對(duì)等效思想在解決物理問(wèn)題中的使用步驟和使用方法進(jìn)行分析，以期為讀者使用此方法解決物理問(wèn)題提供參考范例。

1.2 ?阻礙問(wèn)題解決的成因分析

究竟是什么原因?qū)W生導(dǎo)致學(xué)生的思維障礙？有沒(méi)有更好的方法可以解開這個(gè)死結(jié)呢？方法論是規(guī)律的揭示和思維的凝練，對(duì)于分析和解決各種問(wèn)題具有普遍性指導(dǎo)意義。高中物理問(wèn)題的分析和研究很強(qiáng)調(diào)方法性，如果方法選得巧，則學(xué)生的問(wèn)題解決將事半功倍，如果方法選擇不當(dāng)，則會(huì)造成緣木求魚的尷尬[ 2 ]。例1中學(xué)生之所以陷入死胡同，主要原因如下。

1.2.1教師方面

一是教師缺乏解題思想培育意識(shí)，如例1教學(xué)中沒(méi)能滲透等效思想，只憑經(jīng)驗(yàn)讓學(xué)生盲目套用二級(jí)結(jié)論，沒(méi)有剖析“串反并同”的由來(lái)，容易導(dǎo)致學(xué)生似懂非懂，不知所以然，學(xué)生因此常常處于一知半解狀態(tài)。二是高中課堂教學(xué)容量大，為了趕進(jìn)度，教師更傾向于滿堂灌，二級(jí)結(jié)論直接灌輸給學(xué)生，教師并沒(méi)有詳細(xì)剖析如何思考、如何破題的解題思路，久而久之，學(xué)生的思維品質(zhì)沒(méi)能得到有效訓(xùn)練和培養(yǎng)。三是等效電源和電阻問(wèn)題有一定難度，很多教師避而遠(yuǎn)之。

1.2.2學(xué)生方面

由于教師的滿堂灌，學(xué)生根本沒(méi)有思考的時(shí)間和空間，只能被動(dòng)聽(tīng)課。教師解題技巧方法都是事先準(zhǔn)備好的，課堂上就能娓娓道來(lái)，學(xué)生看似聽(tīng)得津津有味，由于缺乏深入思考，印象并不深刻，更談不上思維品質(zhì)的提升，長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致建模能力不足，解題時(shí)方法選擇不當(dāng)。無(wú)論是具體方法的選擇、運(yùn)用，還是具體方法的改進(jìn)、優(yōu)化，都是在一定的方法論指導(dǎo)下進(jìn)行的，離開方法論的指引，方法必定是毫無(wú)章法的 [ 3 ]。

1.3 ?等效思想的妙用

蘇霍姆林斯基說(shuō)：“成功的快樂(lè)，是一種巨大的情緒力量，它可以促進(jìn)學(xué)生好好學(xué)習(xí)的愿望”[ 4 ]。因此，要厘清學(xué)生的思維障礙，徹底消除學(xué)生的疑惑，必須另辟蹊徑，讓學(xué)生嘗到成功的滋味。

1.3.1等效電阻問(wèn)題

不妨把如圖1中的后部分進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，將如圖2所示的理想降壓變壓器及負(fù)載R這兩部分等效為如圖3所示的一個(gè)負(fù)載電阻R＇，則：

1.3.2等效電源問(wèn)題

電源等效思想的靈活運(yùn)用是快速準(zhǔn)確處理動(dòng)態(tài)電路分析問(wèn)題的關(guān)鍵，它能把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

例題2 ?如圖4所示的電路，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，R1、R2為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器。則當(dāng)R的滑片向下端滑動(dòng)過(guò)程中，理想電流表和電壓表示數(shù)將怎樣變化？

1.3.3等效電阻與等效電源綜合問(wèn)題

如果單單是等效電源和變壓器的等效電阻問(wèn)題，難度不算太大，只要平時(shí)教學(xué)中有涉及，大部分學(xué)生還是能明白。但是如果將兩者結(jié)合起來(lái)，難度就大了很多，命題時(shí)一不留神可能會(huì)造成題目不自洽。以下這道例題3是某省質(zhì)檢題，由于有些物理量間的關(guān)系沒(méi)界定清楚，導(dǎo)致出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。

例題3 ?用圖6的電路探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系。已知n1為原線圈匝數(shù)，n2為接線柱“1”時(shí)副線圈匝數(shù)，n3為接線柱“2”時(shí)副線圈匝數(shù)，且n1：n2：n3=2：4：1，ab兩端接入有效值恒定的正弦交變電壓，兩電壓表均為理想電表，滑片 P 位于滑動(dòng)變阻器正中間位置，電鍵 S原先撥到“2”，現(xiàn)將電鍵 S撥到“1”，燈泡 L 將變亮還是變暗？

以上兩種解法再次表明，要判斷開關(guān) S打在“2”與打在“1”相比，燈泡 L 變亮或變暗，必須界定RL與■的大小關(guān)系，否則無(wú)解。可見(jiàn)，等效電源和變壓器的等效電阻問(wèn)題綜合起來(lái)考查難度可想而知，連省級(jí)命題團(tuán)隊(duì)都無(wú)法察覺(jué)，學(xué)生更不用說(shuō)了。

2 ?結(jié)束語(yǔ)

總之，等效思想在高中物理教學(xué)中可以簡(jiǎn)化物理問(wèn)題、豐富解題思路、提升思維高度，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)做好引導(dǎo)，切實(shí)提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)[ 5 ]。在“等效思想”的教學(xué)過(guò)程中，作為中學(xué)教師不但要讓學(xué)生知其然，還要讓學(xué)生知其所以然，既要重視等效的結(jié)果應(yīng)用，更要重視等效的過(guò)程分析，全面培育學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 鄧少?gòu)?qiáng)，盧長(zhǎng)津．試析中學(xué)物理等效思想的“四化”[J] ．物理通報(bào)，2017（8）：35．

［2］ 強(qiáng)光峰．比較法在物理問(wèn)題解決中的應(yīng)用[J] ．物理教師，2013（4）：19－21．

［3］ 郭超．何謂思想政治教育歷史唯物主義方法論——從相關(guān)基礎(chǔ)概念談起 [J]．徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2021（6）：36．

［4］ 何孟福．“三清”是構(gòu)建高效物理教學(xué)的平臺(tái)[J] ．中學(xué)理科園地，2016（12）：17．

［5］ 翁鵬飛．異曲同工 殊途同歸——談高中物理中的等效思想[J] ．湖南中學(xué)物理，2021（7）：77．